Цельные твердосплавные сверла: подробное руководство

Техническая информация

Состав материала

Цельные твердосплавные сверла изготавливаются преимущественно из карбида вольфрама – материала, известного своей исключительной твердостью и износостойкостью. Карбид вольфрама сочетается со связующим металлом, обычно кобальтом, в различных пропорциях. Содержание кобальта может варьироваться от 3% до 15%. Более низкое содержание кобальта делает сверла более твердыми, но хрупкими, в то время как более высокое содержание кобальта обеспечивает большую прочность за счет некоторого снижения твердости. Этот уникальный состав позволяет цельным твердосплавным сверлам выдерживать высокие температуры и экстремальные нагрузки резания.

Технологии нанесения покрытий

1. Покрытие из нитрида титана и алюминия (TiAlN): это популярное покрытие для цельных твердосплавных сверл. Покрытия TiAlN обеспечивают высокую износостойкость и снижение трения. При сверлении таких материалов, как сталь и чугун, покрытие TiAlN выдерживает повышенные температуры, что позволяет использовать более высокие подачи и скорости резания. Оно также улучшает качество отверстий, обеспечивая их круглость, прямолинейность и шероховатость поверхности. Например, при сверлении стали и чугуна общего назначения цельные твердосплавные сверла с покрытием TiAlN и углом при вершине 140° обеспечивают хорошее центрирование и низкую осевую нагрузку, а их волнообразные режущие кромки способствуют стабильному крутящему моменту и увеличению срока службы инструмента.

2. Алмазоподобное углеродное покрытие (DLC): Твердосплавные сверла с DLC-покрытием, специально разработанные для высокопроизводительного сверления алюминия и алюминиевых сплавов, отличаются исключительной твёрдостью и очень низким коэффициентом трения. Покрытие обладает превосходной адгезионной прочностью. Форма и геометрия канавок этих сверл оптимизированы для максимального отвода стружки, а полированные канавки улучшают контроль и эвакуацию стружки. Оптимизированное утончение вершины предотвращает засорение сверла за счёт наваривания стружки, а гладкая поверхность предотвращает наростообразование на режущей кромке, что обеспечивает высокоскоростное сверление алюминия с превосходным качеством отверстий.

3. Покрытие из нитрида алюминия-хрома (AlCrN): цельные твердосплавные сверла с покрытием AlCrN предназначены для высокоскоростной обработки стали и чугуна. Покрытие повышает износостойкость и снижает трение. Эти сверла часто имеют уникальную конструкцию с тремя канавками, которая обеспечивает более высокую подачу по сравнению с традиционными двухканавочными сверлами, что дополнительно повышает качество отверстий. Угол при вершине 140° обеспечивает хорошее центрирование и низкую осевую нагрузку, а усовершенствованная конструкция широкой канавки обеспечивает улучшенный отвод стружки и увеличивает срок службы инструмента.

Геометрия и особенности конструкции

1. Угол при вершине: угол при вершине цельных твердосплавных сверл обычно составляет 140°. Такой угол обеспечивает хорошее центрирование в начале сверления, снижая вероятность «увода» сверла от центра. Он также способствует снижению осевого усилия, необходимого для сверления, что особенно важно при работе с твердыми материалами.

2. Форма канавки: Форма канавки цельнотвердосплавных сверл тщательно оптимизирована. Например, в сверлах, предназначенных для общего сверления стали и чугуна, форма канавки оптимизирована для повышения прочности и беспрепятственного отвода стружки. В сверлах для алюминия канавки полируются для улучшения контроля стружки и её отвода. Количество канавок также может варьироваться; некоторые высокоскоростные сверла имеют конструкцию с тремя канавками для увеличения подачи и улучшения отвода стружки.

3. Утончение вершины по радиусу: эта конструктивная особенность улучшает самоцентрирование сверла и улучшает стружкодробление. Благодаря утончению вершины сверла по радиусу, оно легче проникает в заготовку и дробит стружку на более мелкие, более удобные для обработки частицы, предотвращая забивание стружки и улучшая общий процесс сверления.

Приложения

Аэрокосмическая промышленность

1. Сверление титановых сплавов: Титановые сплавы широко используются в аэрокосмической промышленности благодаря высокому соотношению прочности к массе. Для сверления этих сплавов предпочтительны цельнотвердосплавные сверла. Высокая твёрдость и износостойкость позволяют им сверлить прочный титан с сохранением точности. Например, при сверлении отверстий под крепёж в авиационных каркасах из титановых сплавов цельнотвердосплавные сверла обеспечивают требуемые жёсткие допуски, обеспечивая целостность конструкции самолёта.

2. Обработка алюминиевых деталей: Алюминий — ещё один распространенный материал в аэрокосмической отрасли, особенно в крыльях и фюзеляжах самолётов. Твердосплавные сверла с DLC-покрытием идеально подходят для сверления алюминия. Они обеспечивают высокую скорость сверления, что критически важно для деталей массового производства. Превосходное качество отверстий, обеспечиваемое этими сверлами, гарантирует идеальную стыковку деталей при сборке.

Автомобильная промышленность

1. Сверление в блоках цилиндров: Блоки цилиндров обычно изготавливаются из чугуна или алюминиевых сплавов. Цельные твердосплавные сверла используются для сверления отверстий в таких деталях двигателя, как поршни, клапаны и масляные каналы. Их способность выдерживать высокие нагрузки резания и сохранять точность имеет решающее значение для обеспечения надлежащей работы двигателя. Например, при сверлении масляных каналов в чугунных блоках цилиндров высокая термостойкость цельных твердосплавных сверл обеспечивает эффективное сверление без преждевременного износа.

2. Производство деталей трансмиссии: Детали трансмиссии, часто изготавливаемые из закаленной стали, требуют точного сверления отверстий для валов шестерен и других компонентов. Цельные твердосплавные сверла могут прорезать закаленную сталь, обеспечивая требуемые допуски отверстий для плавной работы редуктора. Длительный срок службы инструмента также сокращает время простоя производства, что делает их экономически эффективными для крупносерийного автомобильного производства.

Производство медицинских приборов

1. Сверление отверстий в нержавеющей стали для хирургических инструментов: Хирургические инструменты обычно изготавливаются из нержавеющей стали. Цельнотвердосплавные сверла используются для сверления отверстий в этих инструментах для таких элементов, как шарниры и точки крепления. Высокая точность и превосходное качество поверхности, обеспечиваемые цельнотвердосплавными сверлами, имеют решающее значение в производстве медицинских изделий, поскольку любые дефекты могут повлиять на производительность и безопасность инструментов.

2. Обработка титановых имплантатов: Титановые имплантаты, такие как эндопротезы тазобедренного и коленного суставов, требуют исключительно точного сверления для обеспечения надлежащей посадки и интеграции с телом пациента. Цельнотвердосплавные сверла отвечают этим строгим требованиям, позволяя создавать отверстия с жесткими допусками и гладкими поверхностями, что крайне важно для успешной установки имплантата.

Преимущества

Высокая износостойкость

Карбид вольфрама в составе цельных твердосплавных сверл обеспечивает им исключительную износостойкость. По сравнению с традиционными сверлами из быстрорежущей стали, цельные твердосплавные сверла могут служить значительно дольше при сверлении твёрдых материалов. Это означает меньшее количество смен инструмента в процессе производства, что приводит к повышению производительности. Например, на металлообрабатывающем заводе, где производится сверление большого количества деталей из нержавеющей стали, использование цельных твердосплавных сверл может сократить частоту замены инструмента с одного раза в несколько часов до одного раза в несколько дней, в зависимости от объёма сверления.

Превосходная точность

Цельнотвердосплавные сверла позволяют добиться чрезвычайно жёстких допусков на диаметр отверстий, часто с точностью до нескольких микрон. Такая точность критически важна в областях, где важны точность расположения и размера отверстий, например, при производстве электронных компонентов и высокоточных механических деталей. Стабильная режущая способность цельнотвердосплавных сверл благодаря жёсткой конструкции и оптимизированной геометрии гарантирует неизменно круглую и прямую форму отверстий.

Возможность сверления твёрдых материалов

Как упоминалось ранее, цельные твердосплавные сверла способны обрабатывать широкий спектр твёрдых материалов, включая закалённую сталь, титановые сплавы и жаропрочные сплавы. Это делает их незаменимыми в отраслях, где широко используются такие материалы. В отличие от них, сверла из быстрорежущей стали могут испытывать трудности или даже ломаться при сверлении этих твёрдых материалов, что подчёркивает превосходство цельных твёрдых сверл в этих областях применения.

Более высокие скорости резания и подачи

Благодаря высокой термостойкости и износостойкому покрытию цельные твердосплавные сверла могут работать на более высоких скоростях резания и подачах по сравнению с другими типами сверл. Это обеспечивает более быстрое сверление, что является существенным преимуществом в условиях крупносерийного производства. Например, на заводе по производству автомобильных деталей использование цельных твердосплавных сверл может сократить время сверления партии отверстий в блоке двигателя до 50% по сравнению с использованием традиционных сверл, что приводит к повышению производительности.

В заключение, цельные твердосплавные сверла — это универсальный и эффективный инструмент для обработки и сверления. Их передовые технические характеристики, широкий спектр применения и многочисленные преимущества делают их предпочтительным выбором для отраслей, требующих высококачественного и точного сверления. Будь то аэрокосмическая, автомобильная или медицинская промышленность, цельные твердосплавные сверла продолжают играть важнейшую роль в развитии инноваций и совершенствовании производственных процессов.